Evaluation of microcystin-lr degradability by solar photo-fenton process

The water bodies eutrophication has as one of its steps excessive growth of cyanobacteria. As a result, there is an increases in the concentration of cyanotoxins in water, such as microcystins. This characterizes an environmental and public health risk, since this contaminant has high hepatotoxicity, which is why the brazilian legislation limits its concentration in drinking water at 1 µg L-1. Aiming to overcome the deficiency of the conventional water treatment in removing microcystins, alternative treatment technologies were developed, among which the advanced oxidation processes (AOPs). AOPs come up with the purpose of organic compounds oxidation by hydroxyl radicals formed in the medium, highlighting the photo-Fenton process assisted by solar radiation. This study evaluated the efficiency of the solar photo-Fenton process in degradation of microcystin-LR dissolved in crude extract, in compound parabolic collector (CPC) reactor, as well as the phytotoxicity to Sinapis alba before, during and after treatment.The factorial 22 design experiments were carried out in a bench scale solar reactor (400 mL) and aimed at evaluating Fe2+ and H2O2 effects on the process. This experiments showed significant effect of Fe2+ in microcystin removal. Using as reference the Chemical Oxygen dDemand (COD) of the samples, it was found that the best conditions for the dosages of H2O2 and Fe2+ were these rates: H2O2/COD=3,18 e Fe+2/COD=0,318. From matrix effect assays, it was conclused that scavengers radicals present in matrix composition (ASM-1) are responsible for a decrease on the reaction rate and mineralization of analyte. Despite that, the solar foto-Fenton process in CPC reactor (2,1 L) was satisfactory for COD (75%) and microcystin-LR (70%) removals from ASM-1 crude extract, after 120 minutes of treatment. For the natural water crude extract, the treatment achieve 77% mineralization of organic compounds, and up to 99% of microcystin-LR removal in only 45 minutes of reaction. The bioassays with Sinapis alba doesn’t show increase in phytotoxicity for treated samples. After 120 minutes of solar photo-Fenton process, no significant effect in roots growth was observed. From this study, it was concluded that solar photo-Fenton process have potential for a future step in treatment of waters contamined which microcystin-LR.CAPES; CNPqO fenômeno de eutrofização de corpos d’água tem como uma de suas etapas o crescimento excessivo de cianobactérias. Como consequência, há o aumento na concentração de cianotoxinas em água, tais como a microcistina-LR. A presença de microcistinas em água potável configura um potencial risco ambiental e de saúde pública, uma vez que estes contaminantes apresentam elevada hepatotoxicidade, motivo pelo qual a legislação brasileira vigente estabelece o limite máximo de concentração em água potável em 1 µg L -1. Visando suprir a deficiência do tratamento convencional de água na remoção de microcistinas, foram desenvolvidas tecnologias alternativas de tratamento, dentre os quais os processos avançados de oxidação (AOPs). Os AOPs consistem na oxidação de moléculas orgânicas pela ação dos radicais hidroxila formados no meio reacional, destacando-se o processo foto-Fenton assistido por radiação solar. Este trabalho avaliou a eficiência do processo foto-Fenton solar na degradação de microcistina-LR dissolvida em extrato bruto, em reator do tipo Coletor Parabólico Composto (CPC), bem como a fitotoxicidade em Sinapis alba antes, durante e após o tratamento. Experimentos do planejamento fatorial completo 22 com triplicata do ponto central foram realizados em menor escala (400 mL) para avaliar o efeito das variáveis Fe2+ e H2O2 na eficiência do processo. Estes experimentos mostraram efeito significativo da dosagem de Fe2+ na remoção de microcistina-LR. Utilizando como referência os valores de Demanda Química de Oxigênio (DQO) das amostras, foi constatado que a melhor dosagem de Fe2+ e de H2O2 seguem as proporções 0,318 (Fe+2/DQO) e 3,18 (H2O2/DQO), respectivamente. As reações realizadas em meio de cultivo (ASM-1) demonstraram que a presença de íons sequestrante de radicais na matriz reacional prejudicam a velocidade da reação e sua eficiência em relação à degradação do analito de interesse. O processo foto-Fenton realizado em reator tipo CPC (2,1 L) se mostrou satisfatório na remoção de DQO (75%) e microcistina-LR (70%) do extrato bruto em meio ASM-1, após 120 minutos de tratamento. Para extrato bruto em água natural, o tratamento alcançou mineralização de 77%, e valores na remoção de microcistinaLR acima de 99% foram obtidos com apenas 45 min de reação. Os bioensaios com Sinapis alba não demostraram aumento na fitotoxicidade da amostra após o processo foto-Fenton solar, sendo que, para amostras após 120 min de tratamento, não foram observados efeitos significativos sobre o crescimento das radículas. Os resultados do presente estudo apontam para o potencial do processo foto-Fenton solar como uma futura etapa para o tratamento de águas contaminadas com microcistina-LR